JP2005317817A - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸湿により性能が劣化する薬液を長寿命化させる基板処理装置及び基板処理方法を提供する。
【解決手段】 処理容器２上部に設けられた乾燥フィルタ１により大気の水分を除去し、処理容器２内に乾燥空気を導入する。処理容器２内に導入された乾燥空気は排気ライン１１から排気される。処理容器２に乾燥空気の流れを発生させた後、回転ステージ７により基板５を回転させながら、処理容器２側壁を貫通する供給ノズル３から基板５上に吸湿により性能が劣化する薬液６を供給することにより、基板５の薬液処理を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、薬液処理、水洗処理及び振り切り乾燥を行う基板処理装置及び基板処理方法に係り、特に吸湿による薬液の劣化を抑制することによる薬液の長寿命化に関する。

従来より、基板洗浄等に用いられる薬液の長寿命化について提案されている。
その一例として、薬液中に生成した水分を脱水モジュールを用いて連続的に除去し、これにより薬液濃度の低下を抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
また、処理槽内を加湿することにより有機溶剤中の水分含有量を一定にする方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

特開平９−２５１９７６号公報（第３−４頁、図１−２） 特開２００２−２４６３５３号公報（第３−４頁、図２）

上述したように、薬液を長寿命化させるため、使用後の薬液から水分を除去する方法や、処理槽内を加湿する方法が提案されている。

近年の半導体装置の微細化に伴い、薬液の性能に対する要求も高くなっている。この要求を満たすために、溶媒として水の代わりに、アルコールやエーテル等の有機溶剤を用いた薬液が用いられている。この薬液は、水の存在下でのみ解離して、性能上好ましくないイオンを放出する成分を有する。該成分を解離させないために、すなわち好ましくないイオンを放出させないために、該成分を有機溶剤に溶解させている（後述）。
しかしながら、有機溶剤は空気中の水蒸気を吸湿する性質を有する。よって、時間経過に伴い薬液中の水分濃度が上昇し、上記成分が解離してイオンの放出が徐々に起こってしまう。吸湿により薬液の性能が劣化してしまうため、薬液の交換時期が早くなり、半導体装置の製造コストが増加してしまうという問題があった。
有機溶剤を含有する薬液は、従来の薬液に比べ高価であるため、上記製造コストの問題は顕著であり、薬液の長寿命化が望まれている。また、枚葉式の処理装置では水平保持された基板上を薬液が連続して流れて大気に暴露されるため、特に、直径３００ｍｍの大口径の基板では顕著である。

本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたもので、吸湿により性能が劣化する薬液を長寿命化させる基板処理装置及び基板処理方法を提供することを目的とする。

本発明に係る基板処理装置は、基板に所定の処理を行う基板処理装置であって、
処理室と、
前記処理室内で前記基板を回転可能に水平保持する保持機構と、
前記処理室内に大気圧の乾燥空気を導入する乾燥空気導入機構と、
前記処理室内に供給された乾燥空気を排出する排気機構と、
前記基板上に薬液を供給する薬液供給機構とを備えたことを特徴とするものである。

本発明に係る基板処理装置において、前記乾燥空気導入機構は、前記処理室外の大気から水分を除去して乾燥空気を生成する乾燥フィルタを有することが好適である。

本発明に係る基板処理装置は、基板に所定の処理を行う基板処理装置であって、
開口部を有する処理室と、
前記処理室内で前記基板を回転可能に水平保持する保持機構と、
前記開口部を密閉可能に設けられ、前記処理室外の大気から水分を除去し、該水分が除去された乾燥空気を前記処理室内に導入する乾燥フィルタと、
前記処理室内に導入された乾燥空気を排出する排気機構と、
前記基板上に薬液を供給する薬液供給機構とを備えたことを特徴とするものである。

本発明に係る基板処理装置において、前記薬液供給機構は、前記処理室の側壁を貫通して設けられた供給ノズルを有することが好適である。

本発明に係る基板処理方法は、基板に所定の処理を行う基板処理方法であって、
処理室内に前記基板を保持する工程と、
前記基板を保持した後、前記処理室内を乾燥空気の雰囲気に置換する工程と、
前記乾燥空気の雰囲気に置換した後、前記基板を回転させながら、吸湿により性能が劣化する有機溶剤を含有する薬液を前記基板上に供給することにより、前記基板を薬液処理する工程と、
前記薬液処理が終了した後、前記基板を回転させながら、前記基板上に純水を供給することにより、前記基板を洗浄する工程と、
前記洗浄が終了した後、前記基板を回転させることにより前記基板を乾燥する工程とを含むことを特徴とするものである。

本発明は以上説明したように、吸湿による薬液の劣化を抑制することにより、薬液の長寿命化を達成することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図中、同一または相当する部分には同一の符号を付してその説明を簡略化ないし省略することがある。

図１は、本発明の実施の形態による基板処理装置を説明するための概略断面図である。
図１に示すように、処理室２としての処理容器の上部には開口部が設けられており、この開口部が上下動する乾燥フィルタ１により塞がれる機構を有する。乾燥フィルタ１は、大気圧の乾燥空気を処理容器２内に導入するものであり、換言すれば、処理容器２外部の大気から水分（水蒸気）のみを除去し、該水分が除去された乾燥空気を処理容器２内に導入するものである。よって、乾燥フィルタ１は、従来から用いられているパーティクル除去用の清浄フィルタとは異なるものである。

乾燥フィルタ１は、図示しないが、乾燥剤をケース内に充填することにより構成することができる。乾燥剤としては、毛細孔等に水分を吸着する物理的乾燥剤や、水と化学反応を起こすことで吸湿する化学的乾燥剤を用いることができ、物理的乾燥剤の一例であるシリカゲルを用いることができる。また、ケースの材料としては、基板５の処理に用いられる薬液６に対する耐性（すなわち、薬液６に含まれる酸に対する耐性）を考慮して、樹脂等を用いることができる。同様に、処理容器２も樹脂等のような薬液に対する耐性を有する材料により形成されている。
また、乾燥フィルタ１は、吸湿能力の経時変化を考慮して、定期的に交換すればよい。乾燥フィルタ１全体でなく、ケース内の乾燥剤のみを定期的に交換することもできる。

乾燥フィルタ１は、図示しない駆動機構により上下に移動する。薬液６による基板処理時には乾燥フィルタ１は下降しており、乾燥フィルタ１により処理容器２の開口部が塞がれる。該開口部にはO-ring等のシール材１０が設けられており、該シール材１０により開口部と乾燥フィルタ１との隙間が無くなる。これにより、乾燥フィルタ１により処理容器２開口部が塞がれた場合に処理容器２が密閉され、処理容器２外部の大気がそのまま処理容器２内に流入することが防止される。すなわち、処理容器２外部の大気は、必ず乾燥フィルタ１を通って乾燥した後、処理容器２内に導入される。一方、処理前後の基板５の搬送時には、乾燥フィルタ１は上昇する。

処理容器２内には、被処理対象である基板５を回転可能に水平保持する回転ステージ７が配置されている。該回転ステージ７はモータ（図示せず）に接続された回転駆動軸６を中心にして所定のスピードで回転可能である。また、基板５の処理前後の搬出入時には、処理容器２上部の開口部よりも基板５が上方に位置するように、回転ステージ７が上昇する。これにより、基板５が搬送可能となる。
基板５は、回転ステージ７上に設けられた基板固定ピン４により固定されている。

基板５の表面上に薬液６を供給する供給ノズル３が、処理容器２の側壁を貫通して設けられている。供給ノズル３は、水平方向に移動可能である。すなわち、供給ノズル３は、処理容器２内で伸縮可能である。薬液６供給時には供給ノズル３の先端が基板５上方に位置するまでせり出し、非供給時には供給ノズル３の先端が基板５の周辺に位置するまで戻る。これにより、処理容器２の開口部が乾燥フィルタ１で塞がれた状態、すなわち、処理容器２内に乾燥空気の流れが生じている状態で、基板５上に薬液６を供給することができる。また、供給ノズル３は、薬液処理後の水洗処理時には純水を供給する。

処理容器２の底部には、排水ライン８が設けられ、この排水ライン８から分岐して排気ライン１１が設けられている。
乾燥フィルタ１を介して処理容器２内に導入された乾燥空気は、処理容器２底部の排気ライン８から排出される。これにより、薬液処理時に処理容器２内に乾燥空気の流れを生じさせることができる。排気ライン１１の排気速度は、処理容器２内外の圧力が同じ圧力（すなわち大気圧）となるように開閉弁（図示せず）の操作等により調節される。
また、排水ライン８は配管を介してタンク１２及び濾過フィルタ１３に連通されている。基板５の処理後、その処理に用いられた薬液６は排水ライン８を通ってタンク１２に一旦回収される。タンク１２内の薬液は、図示しないポンプにより吸い上げられ、濾過フィルタ１３によって濾過された後、供給ノズル３から基板５上に再度供給される。このように、薬液６は、その性能が劣化しない一定期間循環して使用される。なお、吸湿により薬液性能が低下した場合は交換以外の手法はないが、成分（エッチャント）の濃度低下の場合には、その成分を補充手段１４により補充することにより薬液を継続使用できる。

基板５の処理に用いられる薬液６は、上述したように、空気中の水分を吸湿することにより性能が劣化する薬液である。詳細には、薬液６は、水の存在下でのみ解離し性能上好ましくないイオンを放出する成分を、アルコールやエーテルのような有機溶剤に溶解させたものである。すなわち、有機溶剤中で所定の成分を不活性化させたものである。
図２は、薬液中に含まれる成分（エッチャント）の解離度と、薬液中の水分含有量との関係を示す図である。すなわち、図２は、エッチャント解離度の水添加量依存性を示す図である。図２に示すように、薬液中の水分含有量が少し増加しただけで、エッチャントの解離度が急激に上昇することが分かる。解離度が上昇した結果、薬液性能上好ましくないイオンが放出されるため、薬液の性能が劣化してしまう。よって、少量の水分を含有した薬液は、交換する必要がある。上記基板処理装置では、乾燥フィルタ１を用いて薬液６の吸湿を抑制することにより、薬液６の長寿命化を達成することができる。
薬液６の一例として、フッ化水素（ＨＦ）を有機溶剤に溶解させたものを用いることができる。この薬液は、半導体基板上にシリコン酸化膜を介して形成されたＨｆＳｉＯｘ膜（Ｈｆシリケート膜）のようなシリコン系膜をウェットエッチングする場合に用いることができる。この場合、薬液が空気中の水分を吸湿することにより、フッ化水素分子（ＨＦ）が解離してフッ化水素イオン（ＨＦ_２ ⁻）が生成し、このフッ化水素イオンにより下地のシリコン酸化膜がエッチングされるという不良が生じる。このウェットエッチングに上記基板処理装置を適用することにより、薬液６の吸湿を抑制することができるため、高い下地選択比でシリコン系膜をウェットエッチング可能である。

次に、上記基板処理装置を用いた基板処理方法について説明する。
先ず、乾燥フィルタ１が上昇した状態で、処理容器２内に基板５を搬入して、固定ピン４により基板５を回転ステージ７上に保持する。
その後、駆動機構により乾燥フィルタ１を下降させて処理容器２の開口部を塞ぐ。乾燥フィルタ１の上下動に関わらず、排気ライン１１を通じて処理容器２内の空気は排気されている。よって、乾燥フィルタ１により水分が除去された乾燥空気が処理容器２内を通って排気ライン１１から排気されるという乾燥空気の流れが生じる。処理容器２内は乾燥空気の雰囲気に短時間で置換される。

処理容器２内が乾燥空気の雰囲気になった後、回転ステージ７により基板５を回転させながら、供給ノズル３から基板５上に薬液６を供給する。これにより、基板５に薬液６による所定の処理が施される。所定の処理としては、例えば、ウェットエッチング、レジスト剥離、ポリマー除去、基板洗浄等を挙げることができる。ここで、薬液６の吸湿を抑制することができるため、薬液６の劣化を抑制することができ、薬液６を長時間循環使用することができる。

薬液処理終了後、薬液６の供給を終了し、基板５を継続して回転させながら供給ノズル３から基板５上に純水を供給することにより、水洗処理を行う。
水洗処理終了後、純水の供給を終了し、基板５を継続して回転させることにより、振り切り乾燥を行う。
振り切り乾燥終了後、基板５の回転を停止し、駆動機構により乾燥フィルタ１を上昇させる。その後、回転ステージ７を上昇させ、基板５を搬出する。

以上説明したように、本実施の形態では、処理容器２内において乾燥フィルタ１により水分が除去された乾燥空気が排気ライン１１から排気される気流を生じさせながら、吸湿により性能が劣化する薬液６を用いて基板５に所定の処理を施すようにした。これにより、薬液６の吸湿を大幅に抑制することができるため、薬液６の劣化を抑制することができ、薬液６の長寿命化を達成することができる。

なお、本実施の形態による基板処理装置では、処理容器２上部の開口部を塞ぐように乾燥フィルタ１を設けられているが、処理容器２の側壁に開口部を設けて、該開口部を塞ぐように乾燥フィルタを設けることもできる。
また、排気ライン１１を排水ライン８から分岐して設けているが、排気ライン１１と排水ライン８とを別個に設けることもできる。

次に、本実施の形態の変形例について説明する。
図３は、本実施の形態の変形例による基板処理装置を説明するための概略断面図である。
本変形例と、上記実施の形態との相違点は、処理容器２の側壁に基板搬送用の開口を設け、この開口を開閉するゲート２０を設けた点である。
上記実施の形態では、処理容器２上部の開口部を基板搬送用の開口として用いていたため、基板５搬送時に乾燥フィルタ１を上下動させる必要があった。一方、本変形例では、基板５搬送時にゲート２０の開閉を行えばよいため、乾燥フィルタ１の上下動は不要となる。従って、実施の形態で得られる効果に加えて、パーティクルの発生を抑制することが可能となる。さらに、乾燥フィルタ１の上下動を無くすと共に、回転ステージ７の上昇を少なくすることができるため、基板５搬送に要する時間を短縮することができ、スループットを向上させることができる。

本発明の実施の形態による基板処理装置を説明するための概略断面図である。 薬液中に含まれる成分の解離度と、薬液中の水分含有量との関係を示す図である。 本発明の実施の形態の変形例による基板処理装置を説明するための概略断面図である。

符号の説明

１ 乾燥フィルタ
２ 処理室（処理容器）
３ 供給ノズル
４ 固定ピン
５ 基板
６ 薬液
７ 回転ステージ
８ 排水ライン
９ 回転駆動軸
１０ シール材
１１ 排気ライン
１２ タンク
１３ 濾過フィルタ
１４ 補充手段
２０ ゲート

Claims (5)

1. 基板に所定の処理を行う基板処理装置であって、
   処理室と、
   前記処理室内で前記基板を回転可能に水平保持する保持機構と、
   前記処理室内に大気圧の乾燥空気を導入する乾燥空気導入機構と、
   前記処理室内に供給された乾燥空気を排出する排気機構と、
   前記基板上に薬液を供給する薬液供給機構とを備えたことを特徴とする基板処理装置。
2. 請求項１に記載の基板処理装置において、
   前記乾燥空気導入機構は、前記処理室外の大気から水分を除去して乾燥空気を生成する乾燥フィルタを有することを特徴とする基板処理装置。
3. 基板に所定の処理を行う基板処理装置であって、
   開口部を有する処理室と、
   前記処理室内で前記基板を回転可能に水平保持する保持機構と、
   前記開口部を密閉可能に設けられ、前記処理室外の大気から水分を除去し、該水分が除去された乾燥空気を前記処理室内に導入する乾燥フィルタと、
   前記処理室内に導入された乾燥空気を排出する排気機構と、
   前記基板上に薬液を供給する薬液供給機構とを備えたことを特徴とする基板処理装置。
4. 請求項１から３の何れかに記載の基板処理装置において、
   前記薬液供給機構は、前記処理室の側壁を貫通して設けられた供給ノズルを有することを特徴とする基板処理装置。
5. 基板に所定の処理を行う基板処理方法であって、
   処理室内に前記基板を保持する工程と、
   前記基板を保持した後、前記処理室内を乾燥空気の雰囲気に置換する工程と、
   前記乾燥空気の雰囲気に置換した後、前記基板を回転させながら、吸湿により性能が劣化する有機溶剤を含有する薬液を前記基板上に供給することにより、前記基板を薬液処理する工程と、
   前記薬液処理が終了した後、前記基板を回転させながら、前記基板上に純水を供給することにより、前記基板を洗浄する工程と、
   前記洗浄が終了した後、前記基板を回転させることにより前記基板を乾燥する工程とを含むことを特徴とする基板処理方法。

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